Отдел продаж

Телефоны: (3532) 25-27-22, 93-60-02, 93-50-02

E-mail: [email protected]

г.Оренбург, ул.Беляевская, д.50/1, стр.1

 

Разное

Теплопроводность чем меньше тем лучше: Чем выше показатель теплопроводности, тем лучше или хуже утеплитель?

Содержание

Чем выше теплопроводность тем лучше

Теплопроводность.

Так что же такое теплопроводность? С точки зрения физики теплопроводность – это молекулярный перенос теплоты между непосредственно соприкасающимися телами или частицами одного тела с различной температурой, при котором происходит обмен энергией движения структурных частиц (молекул, атомов, свободных электронов).

Можно сказать проще, теплопроводность – это способность материала проводить тепло. Если внутри тела имеется разность температур, то тепловая энергия переходит от более горячей его части к более холодной. Передача тепла происходит за счет передачи энергии при столкновении молекул вещества. Происходит это до тех пор, пока температура внутри тела не станет одинаковой. Такой процесс может происходить в твердых, жидких и газообразных веществах.

На практике, например в строительстве при теплоизоляции зданий, рассматривается другой аспект теплопроводности, связанный с передачей тепловой энергии. В качестве примера возьмем “абстрактный дом”. В “абстрактном доме” стоит нагреватель, который поддерживает внутри дома постоянную температуру, скажем, 25 °С. На улице температура тоже постоянная, например, 0 °С. Вполне понятно, что если выключить обогреватель, то через некоторое время в доме тоже будет 0 °С. Все тепло (тепловая энергия) через стены уйдет на улицу.

Чтобы поддерживать температуру в доме 25 °С, нагреватель должен постоянно работать. Нагреватель постоянно создает тепло, которое постоянно уходит через стены на улицу.

Коэффициент теплопроводности.

Количество тепла, которое проходит через стены (а по научному – интенсивность теплопередачи за счет теплопроводности) зависит от разности температур (в доме и на улице), от площади стен и теплопроводности материала, из которого сделаны эти стены.

Для количественной оценки теплопроводности существует коэффициент теплопроводности материалов. Этот коэффициент отражает свойство вещества проводить тепловую энергию. Чем больше значение коэффициента теплопроводности материала, тем лучше он проводит тепло. Если мы собираемся утеплять дом, то надо выбирать материалы с небольшим значением этого коэффициента. Чем он меньше, тем лучше. Сейчас в качестве материалов для утепления зданий наибольшее распространение получили утеплители из минеральной ваты, и различных пенопластов. Набирает популярность новый материал с улучшенными теплоизоляционными качествами – Неопор.

Коэффициент теплопроводности материалов обозначается буквой ? (греческая строчная буква лямбда) и выражается в Вт/(м2*К). Это означает, что если взять стену из кирпича, с коэффициентом теплопроводности 0,67 Вт/(м2*К), толщиной 1 метр и площадью 1 м2., то при разнице температур в 1 градус, через стену будет проходить 0,67 ватта тепловой энергии. Если разница температур будет 10 градусов, то будет проходить уже 6,7 ватта. А если при такой разнице температур стену сделать 10 см, то потери тепла будут уже 67 ватт. Подробней о методике расчета теплопотерь зданий можно посмотреть здесь.

Следует отметить, что значения коэффициента теплопроводности материалов указываются для толщины материала в 1 метр. Чтобы определить теплопроводность материала для любой другой толщины, надо коэффициент теплопроводности разделить на нужную толщину, выраженную в метрах.

В строительных нормах и расчетах часто используется понятие “тепловое сопротивление материала”. Это величина обратная теплопроводности. Если, на пример, теплопроводность пенопласта толщиной 10 см – 0,37 Вт/(м2*К), то его тепловое сопротивление будет равно 1 / 0,37 Вт/(м2*К) = 2,7 (м2*К)/Вт.

Коэффициент теплопроводности материалов.

Ниже в таблице приведены значения коэффициента теплопроводности для некоторых материалов применяемых в строительстве.

Теплоизоляция необходима в любом помещении, где температура в какое-либо время года не должна быть равной температуре окружающей среды.

Оптимальная температура в помещении достигается с помощью работы обогревательных или охлаждающих устройств.

Чтобы искусственно настроенная температура внутри здания не изменялась из-за диффузии неодинаково нагретых частей внутри и снаружи здания, используют строительные материалы с наименьшим коэффициентом теплопроводности.

Что такое теплопроводность?

Теплопроводность — физическое свойство тела (тел) обменивать внутреннюю энергию с помощью диффузии атомов и молекул, которые хаотически перемещаются от более нагретых частей к более холодным.

Атомы и молекулы двигаются в хаотичном порядке до тех пор, пока температура по всему занимаемому объёму не выровняется.

Чем больше теплопроводность вещества, тем быстрее сквозь него передаётся более высокая или более низкая температура.

Теплопроводность определяется количеством теплоты в Дж, которая, при разнице температур в противоположно расположенных параллельных плоскостях в 1 К, проходит через 1 м² за 1 ч.

Коэффициент теплопроводности выражают в Вт/м*К.

Роль коэффициента теплопроводности при принятии архитектурно-строительного решения

Теплопроводность твёрдых тел, каковыми являются все строительные материалы, проявляется за счёт переноса тепла, происходящего в результате колебаний кристаллической решётки.

Большая теплопроводность строительного материала недопустима для возведения архитектурных сооружений. Чем больше теплопроводность, тем меньше теплоизоляционные качества материала, необходимые для поддержания в помещении температуры, отличной от температуры окружающей среды.

Строительные материалы с низкой теплопроводностью помогают сохранить достигнутый градус в помещении вне зависимости от погодных условий, благодаря минимальному поддержанию диффузии между разными по температуре частицами.

Чем меньше коэффициент теплопроводности материала, тем лучше его теплоизоляционные качества.

Хорошая теплоизоляция избавит от сквозняков, холодных стен, быстрого остывания, промерзания или нагрева помещения, позволит существенно сэкономить на устройствах обогрева или охлаждения.

Или почитайте ЗДЕСЬ об установке пластиковых окон своими руками.

Конструкционные материалы и их теплопроводность

Теплопроводность вещества зависит от его плотности. Чем больше плотность вещества, тем выше теплопроводность. С увеличением пористости понижается ее коэффициент.

Низкий коэффициент теплопроводности материала определяет его хорошие теплоизоляционные качества.

Бетон

  • Плотность: 500 кг/м³–2 500 кг/м³. Показатель зависит от состава смеси.
  • Теплопроводность: 1,28–1,51 Вт/м*К. Показатель меняется в зависимости от консистенции бетона.

Бетонная смесь используется для заливки монолитного фундамента, а бетонные блоки – для закладки фундамента и возведения стен.

Железобетон

  • Плотность: 2 500 кг/м3; бетонная смесь без вибрирования (применения глубинного вибратора) – 2 400 кг/м3.
  • Теплопроводность: 1,69 Вт/м*К.

Лёгкий бетон на пористых заполнителях называют ячеистым бетоном.

Используют в качестве конструкционного и теплоизоляционного материала. Самые распространённые строительные материалы из бетона на пористых заполнителях — газобетон, пенобетон, керамзитобетон.

Данные материалы применяются для возведения многоэтажных, частных домов и для дополнительных пристроек: бань, гаражей, сараев.

Керамзитобетон

Полнотелые керамзитобетонные блоки производятся с помощью вибропрессования. Не имеют пустот и отверстий. Часто используются для кладки несущих стен или закладки фундамента.

Пустотелые керамзитобетонные блоки делают с применением специальных форм, позволяющих при заливке смеси сформировать герметичные или сквозные пустоты.

Обладают меньшей прочностью по сравнению с полнотелыми керамзитобетонными блоками. Имеют меньшую теплопроводность, что делает их оптимальным материалом для возведения нетяжёлых конструкций с требуемой высокой теплоизоляцией.

  • Плотность: 500 кг/м³–1 800 кг/м³.
  • Теплопроводность: 0,14–0,66 Вт/м*К.

Газобетон

Изготавливается из газосиликата. С помощью специализированных газообразователей внутри блока формируют приблизительно сферические поры (пустоты), их диаметр 1–3 мм.

  • Плотность: 300–800 кг/м3. Зависит от количества и размера пустот.
  • Теплопроводность: 0,1–0,3 Вт/м*К.

Пенобетон

Изготавливается с применением пенообразующих добавок. Имеет пористую структуру.

  • Плотность: 600–1 000 кг/м3.
  • Теплопроводность: 0,1–0,38 Вт/м*К.

Саманный кирпич

Изготавливается из глины и наполнителя.

  • Плотность: 500 кг/м³–1 900 кг/м³;
  • Теплопроводность: 0,1–0,4 Вт/м*К.

Керамический кирпич

Изготавливается из обожжённой глины.

  • Плотность: полнотелый – 1 600 кг/м³–1 900 кг/м³; пустотелый – 1 100 кг/м³–1 400 кг/м³;
  • Теплопроводность: полнотелый – 0,56–0,86 Вт/м*К; пустотелый–0,35–0,41 Вт/м*К.

Силикатный кирпич

Изготавливается из песка и извести.

  • Плотность: 1 100 кг/м³–1 900 кг/м³;
  • Теплопроводность: 0,81–0,87 Вт/м*К.

Дерево

  • Плотность: 150 кг/м³–2 100 кг/м³;
  • Теплопроводность: 0,2–0,23 Вт/м*К.

Строительные конструкционные материалы, даже с низкой теплопроводностью, нуждаются в дополнительном утеплении.

Или почитайте ЗДЕСЬ о несъемной опалубке из пенополистирола.

Утеплители и их теплопроводность

Используются для утепления фундамента, пола, стен здания внутри и снаружи, потолка и крыши.

Пенопласт

  • Плотность: 15 кг/м³–50 кг/м³;
  • Теплопроводность: 0,31–0,33 Вт/м*К.

Пенополистирол

  • Плотность: 15 кг/м³–50 кг/м³;
  • Теплопроводность: 0,028–0,035 Вт/м*К.

Минеральная вата

Минеральная вата имеет способность впитывать влагу. Вода легко накапливается, но очень долго испаряется из данного звуко- и теплоизоляционного материала.

Если минвата перенасытится влагой, то потеряет свои основные изоляционные свойства. Чтобы не допустить впитывание влаги, минвату с двух сторон герметично закупоривают слоем гидроизоляции.

Стекловата

  • Плотность: 15 кг/м³–45 кг/м³;
  • Теплопроводность: 0,038–0,046 Вт/м*К.

Базальтовая (каменная) вата

  • Плотность: 30 кг/м³–200 кг/м³;
  • Теплопроводность: 0,035–0,042 Вт/м*К.

Эковата

  • Плотность: 30 кг/м³–110 кг/м³;
  • Теплопроводность: 0,032–0,041 Вт/м*К.

Сравнительные характеристики теплопроводности конструкционных строительных материалов и утеплителей необходимо проанализировать, выбрав для постройки или дополнительной теплоизоляции самый подходящий материал.

Видео о характеристиках теплоизоляционных материалов

Теплопроводностью называется также количественная характеристика способности тела проводить тепло. В сравнении тепловых цепей с электрическими это аналог проводимости.

Количественно способность вещества проводить тепло характеризуется коэффициентом теплопроводности. Эта характеристика равна количеству теплоты, проходящему через однородный образец материала единичной длины и единичной площади за единицу времени при единичной разнице температур (1 К). В системе СИ единицей измерения коэффициента теплопроводности является Вт/(м·K).

Как выбрать теплоизоляцию | СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Тепло-изоляция… Оградить и сохранить тепло Вашего дома, изолировать его от полярной стужи – работа у теплоизоляции очень ответственная!  В серии статей про выбор теплоизоляции, ее монтаж и работу в конструкции, мы поможем Вам сэкономить трижды:

  • при покупке,
  • на затратах на отопление,
  • на отсутствии необходимости переделок.

Чтобы оперативно получать уведомления о публикации информации, подпишитесь на нашу группу ВК https://vk.com/stroymag89

  1. Теплопроводность
  2. Плотность теплоизоляции. Мифы и практика.
  3. Физические свойства теплоизоляции, сжимаемость, прочность на отрыв – где это нужно, а где бесполезно
  4. Паропроницаемость теплоизоляции.
  1. Теплопроводность

Коэффициент теплопроводности – самая главная характеристика теплоизоляционных материалов. Коэффициент теплопроводности обозначается буквой λ (лямбда). Казалось бы, чего проще – бери «лямбду», сравнивай и решай, что теплее. Тем более что благодаря маркетологам (ох уж эти маркетологи!) многие производители одно время включали значение лямбды в название продукции. Например «Маты КНАУФ Инсулейшн TR 037» — вроде указан коэффициент теплопроводности 0.037 Вт/м*С° ?

Но на практике для характеристики теплоизоляции определяются несколько коэффициентов теплопроводности, соответствующих разным условиям. Например:  λ10, λ25, λА, λБ – означают теплопроводность для разных условий влажности. Из этого перечня лямбда с индексом 10 (ее еще называют «сухая») будет обладать наименьшим значением. Ее обычно и закрепляют в названии продукции.

В названии теплоизоляции существуют различные «моды». Например,  лет 10 назад в название теплоизоляции включали цифры, означающие плотность. Например, ППЖ-200, Маты УРСА М-11, ПСБС-25. Про особенности суждений о свойствах теплоизоляции по ее плотности у нас есть отдельная статья.
Затем пошла «мода» на включение в название теплоизоляционных материалов значения лямбды «ИЗОВЕР КТ-40», УРСА Терра 34»
Сейчас — «мода» на названия по сфере применения. Причем один вид продукции, сошедшей с конвейера, может попасть в разные упаковки – одна подчеркнет его шумоизолирующие свойства, другая — что его можно применить в каркасную стену, а третья — в мансарду. Хотя по факту это — один и тот же материал.

Но в реальных теплотехнических расчетах для зданий в ЯНАО, как и во многих других регионах нашей страны, используется коэффициент λБ. А он будет существенно ниже – например, для указанных матов «КНАУФ Инсулейшн TR 037» λБ равен 0,042 Вт/м*С° – отличается от «сухой» лямбды на 13%!

Отличие сухой лябмды от реальной будет тем больше, чем больше материал адсорбирует влаги из воздуха. Меньше всего адсорбируют влагу «закрытопористые» материалы – например, экструдированный пенополистирол, либо с обработкой гидрофобными материалами (например, KNAUF пишет Aquastatic, URSA – индекс Г – гидрофобизатор)

Сравним два родственных материала: Обычный белый «пенопласт» пенополистирольные блоки ПСБС и экструдированный пенополистирол (выпускается под марками URSA XPS, Пеноплекс и др.).
Разница между сухой лямбдой (0,036-0,041 Вт/м*С° — для разной плотности) и λБ (0,044-0,050 Вт/м*С°) у обычного пенопласта составляет 18%.
А у экструдии – 0,031 и 0,033 – всего 6%.
Исходное сырье одно. Но экструдия — «закрытопористый» материал и плохо пропускает пары воды. А ПСБС воду «любит», и гидрофобной обработки у него нет. Поэтому и такая разница.

 

Всегда ищите лямбду Б — λБ! Она указана у всех производителей, но не всегда на виду.

Приводим коэффициент λБ а популярные в Салехарде материалы.

 

материал

λБ

URSA XPS N-III-G4 0,033
RW ВЕНТИ БАТТС оптима 0,038
URSA GEO П-30 0,039
Техновент Стандарт 0,039
URSA GEO П-20 0,040
RW ВЕНТИ БАТТС, ВБД 0,040
RW ЛАЙТ БАТТС СКАНДИК 0,041
URSA PureOne 34PN 0,041
URSA КАРКАС 0,042
URSA GEO М-25 0,042
KNAUF TR 037, TS037 0,043
URSA GEO M-11 0,046
ПСБС-25 0,044-0,050
конструктивные материалы
Сосна (поперек волокон) 0,180
Газобетон D600 0,260

 

2. Как рассчитать нужную толщину теплоизоляции!

Зная «правильную лямбду» — λБ,  вы сможете самостоятельно рассчитать нужную толщину теплоизоляции. Есть очень важная величина – «Сопротивление теплопередаче R» ограждающей конструкции (стены, перекрытий).

R=δ/  λБ, где δ– толщина материала, в метрах;

Зачем она нужна? Чтобы рассчитать нужную толщину утепления.

δ = R *  λБ, где δ– толщина материала, в метрах;

Требуемое сопротивление теплопередаче определено для каждого региона. Для Салехарда они следующие:

Ограждающая конструкция Требуемое сопротивление теплопередаче Rreq, м2°С/Вт
Стены 4,61
Покрытия и перекрытия над проездами 6,03
Перекрытия чердачные, над неотапливаемыми подпольями и подвалами 6,78

 

Упрощенный расчет не сложен:

Например, стены сложены из газобетона толщиной 30 см. Какая толщина теплоизоляции Роквул Венти Баттс Оптима нужна для утепления стены?

  1. Расчет сопротивления теплопередаче стены из газобетона:

Толщина 0,3м, коэффициент теплопроводности λБ 0,26

R (газобетон)=0,3 /0,26 = 1,154 м2°С/Вт

 

  1. Расчет толщины слоя теплоизоляции для достижения необходимого сопротивления теплопередаче

коэффициент теплопроводности минплиты Роквул Венти Баттс Оптима  λБ =0,038 Вт/м*С°

Требумое сопротивление для стены = 4,61

Требуется добавить за счет теплоизоляции сопротивление (4,61-1,154)= 3,456

 

Толщина теплоизоляции δ = 3,456*0,038 = 0,13м = 130мм.

С учетом того, что теплоизоляцию толщиной 130 мм надо производить под заказ, и с учётом наших упрощений в расчете, примем нужную толщину 150мм.

  В таком расчете есть несколько упрощений. Специалисты бы взяли коэффициент теплопроводности не конкретно газосиликатного блока, а кладки. Т.е. учли бы мостики холода из цементного раствора, которым скрепляются блоки.

Для слоя теплоизоляции добавили бы теплопотери через дюбели для крепления минплиты и через металлические кронштейны для сайдинга.

Но мы для сравнительных расчетов можем обойтись без этого.

 

Т.е. стену из газобетона толщиной 30 см, нужно утеплить 150мм теплоизоляции типа Венти Баттс Оптима.

Мы подскажем вам способ сделать это дешевле. Надо на фасаде первый слой толщиной 100мм сделать из минплиты URSA П-30 (λБ =0,039), а второй слой — из минплиты толщиной 50мм Венти Баттс Оптима. Такой вариант будет на 35% дешевле. А тепло будет держать так же.

Что будет если утеплить минплитой толщиной 100мм? Тогда для достижения комфортной температуры вам нужно будет потратить больше энергии, реже сможете проветривать помещения.

Еще несколько расчетов:

  Сопротивление  теплопередаче деревянной стены толщиной 150мм (брус «капиталка»):

R (брус «капиталка»)=0,15 /0,18 = 0,83 м2°С/Вт – всего 18% от требуемого сопротивления для стены 4. 61.

Сопротивление  теплопередаче СИП-панели 200мм с пенопластом:

R (СИП панель)=0,2 /0,047 = 4,255 м2°С/Вт – 92% от требуемого сопротивления.

С учетом теплопотерь через массивный деревянный каркас, обязательно требуется дополнительное утепление.

 

Расчет толщины теплоизоляции на цокольное или чердачное перекрытие (по деревянным лагам):

Необходимое R = 6.78 м2°С/Вт

маты УРСА GEO М-11:   6.78*0.046=0.312 м  нужен слой толщиной минимум 350мм

плиты УРСА Terra34: 6.78*0.040=0.271 м нужен слой толщиной минимум 300мм

 

 

Подписывайтесь на нашу группу VK/stroymag89, чтобы не пропустить интересную информацию.

Теплопроводность газобетона

Многие годы строители предпочитали использовать кирпич как надежный, износоустойчивый и долговечный материал. Теперь на строительном рынке можно отыскать множество не менее качественных стройматериалов, среди которых выделяются газобетонные блоки, имеющие множество преимуществ. Одним из основных плюсов газобетона считается теплопроводность – свойство, сохраняющее тепло внутри помещения.

Регулярное подорожание энергоресурсов в Узбекистане делает теплопроводность материалов все более актуальной темой в сфере строительства. В этом обзоре компания ARTON – производитель газобетона в Узбекистане расскажет, в чем преимущества теплопроводности газобетонных блоков.

От чего зависит теплопроводность газобетона?

Свойства стройматериала к удержанию тепла находятся в зависимости от множества факторов, таких как плотность, паропроходимость, взаимодействие с влагой и расположенность к теплоусвоению. Теплопроводность газобетонных блоков обуславливается их структурой – благодаря своей ячеистой структуре, материал считается хорошим утеплителем.

Так как газобетон гигроскопичен, влажность имеет влияние на его теплопроводность – его свойства становятся ниже, чем в стандартных условиях измерений. Чтобы это не отразилось на качестве его теплопроводности, между изделием и постройкой делают гидроизоляцию из штукатурного водоотталкивающего слоя.

Теплоотдача газобетонных блоков зависит и от качества клея, который используется для возведения газобетонных стен. Кладочный шов может стать мостиком холода – местом утечки тепла. Использование при монтаже специального клея снижает теплопроводность стен в сравнении с кладкой на цементный раствор.

Преимущества теплопроводности газобетонных блоков

Коэффициент теплопроводности газобетона находится в зависимости от своей плотности – чем он выше, тем лучше его способность удержать тепло. Также существует специфичная зависимость теплоизоляционных свойств газобетона от его прочности: чем меньше прочность, тем лучше блок удерживает тепло. Поэтому для возведения дома рекомендуется выбирать марку газобетонных блоков D500 и D600.

Малый коэффициент теплопроводности материала дает возможность хорошо сэкономить на системе отопления и электроэнергии, которая тратится на поддержку оптимальной температуры в помещении. Летом стены из газобетона обеспечивают комфортную прохладу, так как не пропускают жару снаружи, а в зимнее время сохраняют тепло внутри, обеспечивая экономию затрат на отопительные нужды.

Экономия в эксплуатации газобетона заключается еще и в том, что нет нужны делать дополнительную теплоизоляцию. Если возникнет необходимость улучшить теплоизоляционные свойства объекта, можно сделать облицовку фасада здания кирпичом. Такое решение сделает постройку более эстетичной и повысит ее способность к сохранению тепла.

На правах рекламы

Как выбрать термопасту. Основные свойства термопасты.

В одной из статей на этом сайте речь уже шла о том, как нужно наносить термопасту на процессор, чтобы добиться максимальной эффективности отвода тепла. Но охлаждение процессора зависит не только от правильности использования термопасты, но и от ее качества.
В статье читатель найдет информацию о том, какие свойства термопасты нужно учитывать при ее выборе, а также о влиянии каждого из этих свойств на конечный результат.

Сразу хочу обратить внимание на то, что термопасту лучше всего оценивать по результатам, полученным в процессе ее практического применения. В Интернете есть много независимых рейтингов, формируемых на основе тестирования разных марок термопаст.
Однако, если в упомянутых рейтингах интересующая Вас марка отсутствует, оценить степень ее эффективности можно путем изучения характеристик, которые обычно указываются на ее упаковке или на официальном сайте производителя. При этом, наиболее важными среди них являются:

1. Теплопроводность

Теплопроводность — способность вещества передавать тепловую энергию от более нагретых его частиц к менее нагретым. Это, пожалуй, наиболее важная характеристика термопасты (чем она выше, тем лучше).
Коэффициент теплопроводности (англ. — Thermal Conductivity) обозначается значком λ, измеряется в Вт/(м*К) и представляет собой количество теплоты, проходящей в течение единицы времени через единицу вещества. Этот показатель можно найти на сайте производителей термопаст, а в некоторых случаях — на их упаковке (см. изображение).

Коэффициент теплопроводности самой дешевой термопасты (КПТ-8) составляет около 0,65 — 0,7 Вт/(м*К). Среди термопаст начального уровня отличным считается коэффициент 1,5 — 2 Вт/(м*К). В большинстве случаев, этого полностью достаточно для процессоров домашних компьютеров, в том числе и игровых.
Для высокопроизводительных же процессоров с высоким TDP целесообразно приобрести термопасту более «продвинутого» уровня. Ее стоимость обычно на порядок выше, а теплопроводность может превышать 5 Вт/(м*К) и даже больше.
Ну а коэффициент теплопроводности наиболее эффективных из известных сегодня решений может достигать 80 Вт/(м*К). Но обычные компьютерные магазины такими пастами не торгуют, поскольку они очень дорогие, требуют аккуратного обращения да и в обычных компьютерах они нужны не больше, чем ракетный двигатель в «Запорожце».

2. Вязкость (консистенция)

Термопаста не должна быть слишком густой или слишком жидкой. Оптимальной считается вязкость в пределах 160 — 450 Па*с. Этот показатель не часто отображается на сайтах производителей термопаст, и уж тем более на их упаковках.
Если показатель вязкости конкретной термопасты не удается найти, его можно оценить «на ощупь». По консистенции термопаста должна быть чуть более густой, чем крем для рук или зубная паста.
Почему консистенция должна быть именно такой? Теплопроводность термопасты до 50 раз выше теплопроводности воздуха. Однако, она в несколько десятков раз ниже, чем теплопроводность металла, из которого изготовлен радиатор системы охлаждения. Поэтому термопасту нужно наносить так, чтобы она максимально заполнила микротрещины на поверхности процессора и радиатора, вытеснив оттуда воздух. Но ее слой должен быть минимально для этого необходимым, то есть, он не должен при этом ухудшать плотность прилегания радиатора к процессору и не увеличивать расстояние между ними.
Чем гуще термопаста, тем тяжелее достичь указанного эффекта. Но если термопаста будет слишком жидкой, в процессе эксплуатации она может вытечь под собственным весом (при нагреве ее текучесть дополнительно увеличивается).
На практике, недорогая термопаста с оптимальной вязкостью может оказаться более эффективной, чем слишком густая паста с более высокой теплопроводностью.
Кроме теплопроводности и вязкости, важными являются и некоторые другие свойства. Однако, почти у всех термопаст, доступных сегодня в продаже, они находятся в допустимых пределах и поэтому на них можно не обращать особого внимания. Речь идет о таких характеристиках как:
• термостойкость — способность термопасты сохранять свои основные свойства независимо от температуры;
• диапазон рабочих температур;
• химическая нейтральность;
• токсичность;
• электропроводность.
Но если Вам вдруг вздумается воспользоваться вместо термопасты каким-нибудь другим веществом, обязательно учитывайте эти его характеристики.
Так, некоторые аматоры, занимающиеся разгоном, вместо обычной термопасты используют смеси на основе мягкого металла индия. Теплопроводность индия высокая (больше 80 Вт/(м*К)), но, как и все металлы, он является еще и прекрасным электрическим проводником. Если его частичка случайно попадет на материнскую или другую плату компьютера, случится короткое замыкание со всеми вытекающими из этого последствиями. Кроме того, пасты на основе индия могут иметь высокую химическую активность или даже быть токсичными.

Высокоэффективная теплоизоляция термопанелей — ТЕРМОДОМ

⌂ / Высокоэффективная теплоизоляция термопанелей

Благодаря своим особенностям, термопанели прекрасно сохраняют тепло в доме. Рассмотрим, какие именно характеристики нашего продукта сократят ваши счета на отопление, и почему теплоизоляция термопанелей лучше свойств других материалов.

Теплые секреты термопанелей

  1. В качестве основы мы используем пенопласт, а у него очень низкий коэффициент теплопроводности: 0,035-0,041 Вт/м*К. Этот показатель говорит о том, сколько тепла улетучивается через метр материала за единицу времени, и чем он меньше, тем лучше. Для сравнения, теплопроводность стен из разных материалов во много раз выше: от десятых долей Вт/м*К для кирпича до 2 Вт/м*К для железобетона. На практике это означает, что термопанель остановит выход через стену огромного количества тепла: слой ППС толщиной 6 см равноценен по своим свойствам теплоизоляции 12,5 см минваты, 34 см дерева или метру кирпичной кладки.
  2. Наши заготовки имеют строго определенную форму и плотно входят друг в друга, как конструктор. Это не только позволяет создать эстетичный фасад с ровной кирпичной кладкой на финише: места стыков — это места появления мостиков холода и теплопотерь. Хотя площадь стыков увеличивается, благодаря идеальному прилеганию листов минимизируется утечка драгоценного тепла.
  3. Клинкерная плитка надежно защищает слой пенопласта от разрушения, а значит и потери теплоизоляционных свойств.

Сравнение теплоизоляции термопанелей с другими утеплителями

Если сравнивать коэффициенты теплопроводности, все альтернативы утепления хороши:

  • ЭППС пропускает всего 0.035-0.039 Вт/м*К тепла;
  • минеральная вата разного типа — 0.035-0.042 Вт/м*К;
  • пенополиуретан и того меньше — 0. 028 Вт/м*К.

таблица теплопроводности термопанелей

Но показатели теплоизоляции каждого материала могут сильно зависеть от условий эксплуатации. Кроме того, теплопроводность нельзя рассматривать в отрыве от других характеристик утеплителя.

Пенополиуретан

Закрытоячеистый ППУ — лучший утеплитель по показателям теплоизоляции, к тому же его можно напылить на любую поверхность. По влагостойкости и паропроницаемости он сопоставим с пенопластом, и также разрушается под воздействием прямых солнечных лучей.

Но из-за неровности получаемой корки пенополиуретан сложнее защитить отделкой, и поэтому его чаще используют внутри зданий (кровля), чем снаружи. Из-за плотного сцепления со стеной и бесшовности к нему возникают вопросы по паропроницаемости и пожарной безопасности — гореть ППУ не будет, но будет тлеть, выделяя опасные вещества. По этой же причине, его проблематично демонтировать, и, в довершение, пенополиуретан стоит в несколько раз дороже.

Экструдированный пенополистирол

Листы ЭППС также обладают чуть более низким коэффициентом теплопроводности, чем ППС. Благодаря своей структуре и гидрофобности, экструдированный пенополистирол прекрасно работает в качестве теплоизолятора в местах, подверженных повышенной влажности и давлению. Например, им утепляют фундамент.

Однако, использовать его для теплоизоляции фасадов специалисты не советуют. При отсутствии качественной вентиляции, нулевая паропроницаемость материала будет способствовать повышенной влажности в помещении со всеми вытекающими из этого последствиями. Кроме того, ЭППС хуже дружит с отделочными материалами, поэтому чаще наблюдается явление отслоившегося фасада. Как это происходит, вы можете посмотреть на видео, на нашем ютуб-канале.

Минеральная и каменная вата

Минеральная вата имеет чуть более высокую теплопроводность, чем пенополистирол, но при этом также является хорошим теплоизолятором. Некоторые виды базальтовой ваты относятся к негорючим, поэтому ими утепляют проёмы.

Однако, минеральные ваты достаточно гигроскопичны: со временем набирая влагу, они теряют 30-40% своих теплоизоляционных свойств. Каменная вата плотнее, поэтому лучше сопротивляется сырости и дольше сохраняет свои характеристики теплоизолятора. Но, в любом случае, чтобы вата работала, требуется дополнительная влаго- и пароизоляция. И на второй чаше весов лежит здоровье, ведь микрочастицы волокон строительных ват опасны для дыхания и кожи. Сравнение теплоизоляционных свойств пенополистирола, из которого изготавливается термопанель и миниральной ваты, вы можете посмотреть на видео ниже:

При сравнении теплоизоляционных характеристик в комплексе с другими свойствами разных утеплителей очевидно, что термопанели — это не только высокоэффективный теплоизолятор, но и оптимальный выбор из ряда альтернатив.

На рисунке наглядно показана эффективность теплоизоляции пенопластом. Например, при толщине 60 мм пенопласт удерживает тоже количество тепла, что и 125 мм минваты.

Остались вопросы? Мы перезвоним!

Получите бесплатную консультацию по утеплению дома, заказав обратный звонок прямо сейчас!

Какой должна быть толщина стены и слой утеплителя?

Так как цены на ЖКХ постоянно растут, то каждый задумался о том, как и на чем можно сэкономить. Один из вариантов – это начать экономить на отоплении. Для этого нужно утеплить свой дом или квартиру, чтобы меньше пришлось платить. Утепляют не только старые помещения, но и даже те, которые только недавно быстро построены. Какой же тогда должна быть толщина стены дома, чтобы это было эффективно для сохранения тепла?

Помимо цен на отопление, с 2013 года в Украине изменили нормы теплоэффективности помещений. И хотя они носят больше рекомендательный характер, всё же к ним стоит прислушиваться, так как это наш комфорт, а также итоговая стоимость дома.

Температурные зоны в Украине

По современным нормам Украину разделили на две тепловые зоны. Почти вся площадь страны относится к более холодной зоне, а только Закарпатье и южные приморские земли относятся к теплой зоне. У каждой зоны есть свои нормы коэффициента сопротивления теплопередачи R. 

Как узнать теплопроводность стен?

Для этого все производители на каждом товаре указывают коэффициент R. Обычно, в характеристиках на товар можно найти: коэффициент R, обратный коэффициент теплопередачи, который обозначают k или U. Также указывают коэффициент теплопроводности λ. Достаточно найти эти значения на упаковке и посчитать общую теплопроводность стен.

Значение коэффициентов теплоэффективности.

Есть 3 вида коэффициентов, которые относятся к дому:

  1. Сопротивление теплопередаче R – это значение зависит от толщины материала. Чем выше значение, тем лучше результат;
  2. Теплопередачи k или U – для стран ЕС есть свои обязательные нормативы. В нашем случае, чем он меньше, тем лучше для дома;
  3. Теплопроводность λ – на этот коэффициент тоже влияет толщина материалов, но для подсчета первых двух нужно знать это значение. Чем меньше показатели этого значения, тем лучше у него теплоизоляция.

Как определить теплоэффективность стены по формуле?

Чтобы узнать значение показателя R, нужно считать по следующей формуле: R = d / λ. В этом случае D – это толщина самого материала, λ – это значение теплопроводности. Если же стена многослойная, то после подсчета все значения суммируются. 

Как подобрать толщину утеплителя?

Для подсчета этого значения есть формула d = R * λ. То есть, если утеплитель с коэффициентом λ = 0.50, то тогда 2,53 * 0,050 = 12 см. Но получив значение, обычно выбирают утеплитель немного толще, чтобы был запас в случае непогоды, и чтобы этого не оказалось мало.

Какие стены стоит утеплять.

Согласно новым правилам почти все помещения, которые строятся по классической технологии, должны быть утепленными. Для них выбирают толщину утеплителя для фасада в нашей зоне 12-15 см., а для крыши 25-30 см.

Можно ли не утеплять стены?

Современные технологии часто позволяют не утеплять помещения. Они имеют достаточную толщину стен, поэтому можно дополнительно ничего не делать. Но если вы всё же утеплите здание, то сможете заметить, насколько меньше придется платить за отопление. Изучая требования к энергоэффективности домов можно заметить, что утепление – это важный процесс и лучше его сразу сделать.

Теплопроводность | rhvac.ru

 

Для определения тепловых потерь стен, крыш, перекрытий, фундаментов на практике в большинстве случаев достаточно использовать вот такое простое равенство

Термическое сопротивление  R (м2*С/Вт) = толщина материала D (м) / коэффициент теплопроводности  U (Вт/м*С).

Чем выше значение R (сопротивление стены теплопередаче), тем лучше теплотехнические свойства конструкции, тем более теплым будет дом. Для каждого региона значение коэффициента сопротивления теплопередачи (R) разные.

Расчетное термическое сопротивление конструкций R для загородного дома, строящегося на территории Санкт-Петербурга программа «Поток 2005» для расчетов теплопотерь зданий принимает равным 2,93 м2*C/Вт.  

Коэффициент теплопроводности U (Вт/м*С) – это оценка теплотехнических характеристик различных видов строительных материалов. Чем меньше U, тем выше теплотехнические свойства материалов и строительных конструкций дома и меньше потери тепла.

Коэффициенты теплопроводности некоторых строительных материалов и требуемая толщина конструкции при их использовании.

 

Материал

Теплопроводность

Толщина при R=2,93

Толщина при R=4,15

Кирпич RAUF 2.1 NF

0,27 Вт/м*С

0,79 м

1,12 м

Газобетон AEROC Hard

0,183 Вт/м*С

0,54 м

0,76 м

Брус

0,15 Вт/м*С

0,44 м

0,62 м

Isover

0,044 Вт/м*С

0,13 м

0,18 м

Rocwool

0,039 Вт/м*С

0,11 м

0,16 м

Пенопласт

0,037 Вт/м*С

0,11 м

0,15 м

Эковата

0,041 Вт/м*С

0,12 м

0,17 м

Керамзит

0,148 Вт/м*С

0,43 м

0,60 м

 

Объективнее и логичнее оценивать конечную конструкцию в целом.

 

Для примера расчет коэффициента теплопроводности стены дома.

 

Материал

Толщина (м)

Теплопроводность (Вт/м*С)

Сопротивление (м2*С/Вт)

Брус

0,15

0,15

1,0

Вата минер.

0,05

0,05

1,0

Зазор воздушн.

0,05

0,03

1,67

Кирпич

0,15

0,63

0,24

Итого:

0,4 м

0,102 Вт/м*С

3,91 м2*С/Вт

 

 

Расчет коэффициента теплопроводности монолитной плиты фундамента.

 

Слои материала

Толщина (м)

U-Value (Вт/м*С)

R (м2*С/Вт)

Ж/б 2500 кг/м3

0,320

1,690

0,189

Пеноплекс

0,100

0,03

3,333

Щебень

0,200

1,40

0,143

Песок

0,200

1,30

0,154

Грунт

1,0

1,05

0,952

Пеноплекс

0,050

0,03

1,667

Итого:

1,870 м

0,29 Вт/м*С

6,438 м2*С/Вт

 

Для сравнения рассчитаем коэффициент теплопроводности стены дома, построенного по технологии несъемной опалубки «VELOX» 

 

Слои материала

Толщина м

Теплопроводность Вт/м*С

Сопротивление м2*С/Вт

Штукатурка

0,020

0,90

0,022

Velox WS

0,035

0,11

0,318

ж/б 2500кг/м3

0,150

1,69

0,089

Пенополистирол ПСБ-С-35

0,100

0,041

2,439

Velox WS

0,035

0,11

0,318

Штукатурка

0,020

0,90

0,022

Итого:

0,360 м

0,112 Вт/м*с

3,209 м2*С/Вт

 

и коэффициент теплопроводности стены каркасного дома.

 

Материал

Толщина (м)

U-value (Вт/м*С)

R (м2*С/Вт)

Штукатурка

0,010

0,930

0,01

Пенопласт

0,050

0,064

0,79

ОСП

0,009

0,290

0,3

ISOVER

0,150

0,050

3,0

ОСП

0,009

0,290

0,3

Гипсокартон

0,012

0,210

0,05

Итого:

0,240 м

0,054 Вт/м*С

4,45 м2*С/Вт

Объяснение тепловых значений | Энкон Инсулейшн и Невилл Лонг

Что такое теплопроводность?

Основной мерой того, сколько тепловой энергии проводит любой строительный материал, включая теплоизоляцию, является теплопроводность . Его также называют значением лямбда (λ) или значением k.

Теплопроводность материала – это количество ватт, проводимое на метр толщины материала на градус разницы температур между одной и другой сторонами ( Вт/мК ) .

Как правило, чем ниже теплопроводность, тем лучше , поскольку материал проводит меньше тепловой энергии.

Теплопроводность является свойством материала и не учитывает толщину. Две разные толщины одного и того же материала имеют одинаковое значение λ.

Что такое термическое сопротивление?

Сравнить относительные характеристики материалов разной толщины означает вычислить их тепловое сопротивление (единицы: м2К/Вт) .

Термическое сопротивление рассчитывается путем деления толщины материала на его теплопроводность, что дает R-значение , характерное для этой толщины.

Как правило, чем выше тепловое сопротивление, тем лучше , поскольку сопротивление теплопередаче выше.

Что такое значение U?

Коэффициент теплопередачи является мерой коэффициента теплопередачи или количества тепловой энергии, которая проходит через пол, стену или крышу с теплой (нагретой) стороны на холодную.Это количество ватт на квадратный метр конструкции на градус разницы температур между одной и другой сторонами ( Вт/м2К ) .

Как правило, чем ниже коэффициент теплопередачи, тем лучше , поскольку вся конструкция передает меньше тепловой энергии.

 

Мы тесно сотрудничаем со всеми нашими поставщиками, чтобы предоставить специализированные консультации и поддержку. Ознакомьтесь с нашим обширным ассортиментом теплоизоляционных материалов для зданий и свяжитесь с местным отделением, где команда будет рада обсудить ваши потребности и помочь со спецификациями продукта и расчетами коэффициента теплопередачи, чтобы убедиться, что вы сделаете наиболее подходящий выбор продукта для вашего проекта.

Понимание теплопроводности | Advanced Thermal Solutions

Теплопроводность — это объемное свойство, описывающее способность материала передавать тепло. В следующем уравнении теплопроводность представляет собой коэффициент пропорциональности k . Расстояние теплопередачи определяется как † x , что перпендикулярно площади A . Скорость передачи тепла через материал составляет Q , от температуры T 1 до температуры T 2 , когда T 1 > 929063 T 4 .

 

 

Рис. 1. Кондуктивный процесс передачи тепла от горячих (T1) к холодным (T2) поверхностям
Теплопроводность материалов играет важную роль в охлаждении электронного оборудования. От кристалла, где вырабатывается тепло, до шкафа, в котором размещена электроника, кондуктивная теплопередача и, следовательно, теплопроводность являются неотъемлемыми компонентами общего процесса терморегулирования.

 

 

Путь тепла от кристалла во внешнюю среду — сложный процесс, который необходимо понимать при разработке теплового решения.В прошлом многие устройства могли работать без внешнего охлаждающего устройства, такого как радиатор. В этих устройствах необходимо было оптимизировать сопротивление проводимости от кристалла к плате, поскольку основной путь передачи тепла проходил через печатную плату. По мере увеличения уровня мощности передача тепла исключительно в плату становилась неадекватной (зачетная шакита). Теперь большая часть тепла рассеивается непосредственно в окружающую среду через верхнюю поверхность компонента. В этих новых более мощных устройствах важно низкое сопротивление переход-корпус, а также конструкция прикрепленного радиатора.

Чтобы определить важность теплопроводности материала в конкретном приложении управления температурой (например, радиатор), важно разделить общее тепловое сопротивление, связанное с кондуктивной теплопередачей, на три части: межфазное сопротивление, сопротивление растеканию и проводимость.

  • Интерфейсный материал улучшает тепловой контакт между неидеальными сопрягаемыми поверхностями. Материал с высокой теплопроводностью и хорошей смачиваемостью поверхности уменьшит межфазное сопротивление .
  • Сопротивление растеканию используется для описания теплового сопротивления, связанного с небольшим источником тепла, соединенным с большим радиатором. Среди прочих факторов теплопроводность основания радиатора напрямую влияет на сопротивление растеканию.
  • Сопротивление проводимости — это мера внутреннего теплового сопротивления в радиаторе, когда тепло проходит от основания к ребрам, где оно рассеивается в окружающую среду. Что касается конструкции радиатора, сопротивление проводимости менее важно в условиях естественной конвекции и слабого воздушного потока и становится более важным по мере увеличения скорости потока.

Общепринятыми единицами теплопроводности являются Вт/мК и БТЕ/час-фут- o F.

Рис. 2. Теплопроводность тонкой пленки кремния [3].

В электронной промышленности постоянное стремление к меньшим размерам и более высоким скоростям значительно уменьшило масштаб многих компонентов. Поскольку этот переход теперь продолжается от макро- к микромасштабу, важно учитывать влияние на теплопроводность, а не предполагать, что объемные свойства по-прежнему точны.Уравнения Фурье, основанные на континууме, не могут предсказать тепловые характеристики в этих меньших масштабах. Необходимы более полные методы, такие как уравнение переноса Больцмана и решеточный метод Больцмана [3].

Влияние толщины на проводимость можно увидеть на рис. 2. Характерным материалом является кремний, который широко используется в электронике.

Рис. 2. Теплопроводность тонкой кремниевой пленки [3]

Как и многие физические свойства, теплопроводность может быть анизотропной в зависимости от материала (зависит от направления).Кристаллический и Графит являются двумя примерами таких материалов. Графит использовался в электронной промышленности, где ценна его высокая проводимость в плоскости. Кристаллы графита обладают очень высокой плоскостной проводимостью (~ 2000 Вт/мК) из-за прочной углерод-углеродной связи в их базовой плоскости. Однако параллельные базисные плоскости слабо связаны друг с другом, а теплопроводность, перпендикулярная этим плоскостям, довольно низкая (~10 Вт/мК) [4].

На теплопроводность влияют не только изменения толщины и ориентации; температура также влияет на общую величину.Из-за повышения температуры материала увеличивается внутренняя скорость частиц и теплопроводность. Эта повышенная скорость передает тепло с меньшим сопротивлением. Закон Видемана-Франца описывает это поведение, связывая тепло- и электропроводность с температурой. Важно отметить, что влияние температуры на теплопроводность нелинейно и его трудно предсказать без предварительных исследований. На приведенных ниже графиках показано поведение теплопроводности в широком диапазоне температур. Оба этих материала, нитрид алюминия и кремний, широко используются в электронике (рис. 3 и 4 соответственно).

В будущем более мощные процессоры с несколькими ядрами еще больше потребуют улучшенной теплопроводности. Поэтому стоит также изучить другие области исследований и разработок в области повышения теплопроводности существующих материалов, используемых в электронных корпусах. Одной из таких областей является влияние нанотехнологий на теплопроводность, где углеродные нанотрубки показали значения проводимости, близкие к значениям алмаза из-за большой длины свободного пробега фононов [7].Разработка новых материалов и усовершенствование существующих материалов приведет к более эффективному управлению температурным режимом, поскольку рассеиваемая мощность устройства неуклонно растет.

Каталожные номера:

1. Теплопроводность, Научный словарь американского наследия, Houghton Mifflin Company

2. Моран, М. и Шапиро, Х., Основы инженерной термодинамики, стр. 47, 1988

3. Гай, С., Ким, В., Чанг, П., Амон, К., Джон, М., Анизотропная теплопроводность наноразмерных ограниченных тонких пленок через решетку Больцмана, Химическая инженерия, Университет Карнеги-Меллона, ноябрь.2006

4. Норли, Дж., Роль природного графита в охлаждении электроники, Охлаждение электроники, август 2001 г.

5. Слэк Г.А., Танзилли Р.А., Пол Р.О., Вандерсанде Дж.В., Дж. физ. хим. Твердые тела 48, 7 (1987), 641-647

6. Глассбреннер, К. и Слэк, Г., Теплопроводность кремния и германия от 3°К до точки плавления, Physical Review 134, 4A, 1964

7. Бербер С., Квон Ю. и Томанек Д., Необычно высокая теплопроводность углеродных нанотрубок, Physical Review Letters, том 84, № 20, стр. 4613-4616, 2000

Низкая теплопроводность – обзор

Низкая теплопроводность

Тепло – это форма энергии, всегда движущаяся от более высокой к более низкой температуре.Низкий показатель теплопроводности жесткого пенополиуретана, один из самых низких показателей среди широко используемых изоляционных материалов, позволяет эффективно удерживать тепловой поток.

Прочность

Хороший баланс между весом, механической прочностью и изоляционными свойствами пенополиуретана (CORAFOAM®) демонстрирует его универсальность в качестве изоляционного материала. Эти качества позволяют использовать его в приложениях, требующих изоляции с сочетанием несущей способности, ударопрочности, веса и компактности, а также простоты установки и обслуживания.

Этот пенополиуретан обеспечивает очень благоприятное соотношение физико-механических свойств и плотности; дальнейшее улучшение общих свойств достигается при склеивании с облицовочными материалами, такими как металл или гипсокартон.

Легкость

Жесткие пенополиуретаны представляют собой ячеистые материалы. Пена состоит из маленьких пузырьков, наполненных вспенивающим агентом, что обеспечивает хорошие изоляционные свойства. Полиуретановая матрица отвечает за скрепление всех ячеек: чем больше количество полимера, скрепляющего структуру, тем выше плотность. Фактически в 1 м3 пенопласта полимером занято всего 4 % общего объема, а остальные 96 % заполнены вспенивателем (это относится к типичному пенопласту 40–45 кг/м 3 ). Легкость пены позволяет легко транспортировать, обрабатывать и устанавливать.

Низкое водопоглощение и низкая водопроницаемость

Теплопроводность воды в 10-20 раз выше, чем у обычно используемых пакет изоляции.Присутствие воды, помимо потери эффективности изоляции, приводит к увеличению веса, риску коррозии металлических поверхностей и образованию льда при понижении температуры ниже точки замерзания.

В этом последнем случае возможен риск повреждения изоляционного пакета, что отрицательно скажется на изоляционных свойствах. Закрытая ячеистая структура жестких пенополиуретанов гарантирует низкое водопоглощение; Тем не менее, предусмотрено включение влагоизоляционного слоя, чтобы изоляция могла выдерживать самые строгие требования.

Размерная стабильность

Материал, стабильный по размеру, является основным требованием для достижения надлежащих характеристик изоляции. Изменение размера изоляционного материала может быть обратимым или необратимым: изменение размера из-за простого теплового сжатия/расширения обычно обратимо, тогда как изменение размера из-за комбинированного воздействия экстремальных температур, воды, влаги и механических нагрузок составляет необратимую составляющую.

Фактически все материалы меняют размер при нагревании или охлаждении: степень изменения зависит от химического состава материала.Таким образом, каждый материал имеет свой собственный коэффициент теплового расширения: этот параметр показывает, насколько материалы сжимаются или расширяются при изменении температуры. Изменения размера из-за коэффициента теплового расширения обратимы.

Благодаря своему химическому составу, хорошим механическим свойствам, пониженному поглощению влаги, структуре с закрытыми порами и химической стойкости жесткие пенополиуретаны демонстрируют значительную размерную стабильность.

Химическая стойкость

Химический состав жесткого пенополиуретана обеспечивает превосходную устойчивость к широкому спектру химикатов, растворителей и масел.

Совместимость

Жесткий пенополиуретан совместим с большим количеством вспомогательных материалов, включая бумагу, фольгу, стекловолокно, алюминий и битум. Сочетание жесткого пенополиуретана с этими материалами улучшает общие свойства, позволяя использовать его в качестве полуструктурных панелей и облицовки. Кроме того, правильный выбор гипса или фольги улучшает изоляционные характеристики пенопласта, образуя защитные барьеры от влаги, полезные в условиях высокой влажности.

Диапазон рабочих температур

Жесткий полиуретановый пенопласт может использоваться в условиях исключительно экстремальных температур от −200°C до +130°C. Тем не менее, каждый пенополиуретан имеет свой температурный диапазон применения, поэтому важно перепроверить показания в технических паспортах, прежде чем выбрать наиболее подходящее решение.

Огнестойкость

Жесткие полиуретановые пены являются органическими соединениями. Все органические вещества являются горючими материалами, хотя воспламеняемость и скорость горения жестких полиуретановых пенопластов можно улучшить, чтобы они подходили для различных изоляционных применений, а состав пеноматериалов может соответствовать самым строгим стандартам противопожарной защиты.

Чем лучше теплопроводность: выше или ниже? — Ответы на все

Чем выше или ниже теплопроводность лучше?

Теплопроводность материала — это количество ватт, проводимое на метр толщины материала на градус разницы температур между одной и другой сторонами (Вт/мК).Как правило, чем ниже теплопроводность, тем лучше, потому что материал проводит меньше тепловой энергии.

Что такое h в теплопередаче?

Коэффициент конвективной теплопередачи (h) частично определяет теплопередачу за счет конвекции. Коэффициент конвективной теплопередачи иногда называют коэффициентом пленки и представляет собой тепловое сопротивление относительно неподвижного слоя жидкости между поверхностью теплопередачи и текучей средой.

Как вязкость влияет на теплопроводность?

Было обнаружено, что теплопроводность и вязкость увеличиваются с увеличением концентрации наночастиц, тогда как при повышении температуры вязкость уменьшается, а теплопроводность увеличивается.

Какой материал имеет самую высокую теплопроводность?

Алмаз
Алмаз является ведущим теплопроводным материалом и имеет значения проводимости, измеренные в 5 раз выше, чем у меди, наиболее производимого металла в Соединенных Штатах.

Является ли высокая теплопроводность хорошим изолятором?

материал с высокой теплопроводностью быстро передает энергию. материал с низкой теплопроводностью медленно передает энергию и может использоваться в качестве теплоизолятора.

Какова вязкость ацетона?

0,000316
Абсолютная – динамическая – вязкость для некоторых обычных жидкостей

Жидкость Абсолютная вязкость
(Н·с/м2, Па·с) (сантипуаз, сП)
Ацетон 0,000316 0,316
Спирт этиловый (этанол) 0,001095 1,095
Спирт метиловый (метанол) 0. 00056 0,56

Как вязкость влияет на проводимость?

Снижение вязкости оказывает более выраженное влияние на характеристики DOD, чем увеличение электропроводности. В частности, fc увеличивается с 10 до 40 Гц при снижении вязкости вдвое. Напротив, увеличение электропроводности в 330 раз с 50 до 16 500 мкСм/см увеличивает fc с 10 до 30 Гц.

Какой материал имеет самую высокую теплопроводность?

Алмаз

является ведущим теплопроводным материалом, и его значения проводимости в 5 раз выше, чем у меди, наиболее производимого металла в Соединенных Штатах.

Хорошая ли теплопроводность?

В единицах СИ теплопроводность выражается в ваттах на метр-кельвин, тогда как в имперских единицах она может быть выражена в БТЕ в час на фут по Фаренгейту. Материалы с более высокой теплопроводностью являются хорошими проводниками тепловой энергии.

Какой материал имеет самое высокое тепловое сопротивление?

Исследователи обнаружили, что материалы из карбида тантала и карбида гафния могут выдерживать палящие температуры почти 4000 градусов по Цельсию.

В чем разница между термическим сопротивлением и теплопроводностью? и каким прибором можно их измерить?

Термическое сопротивление материала является обратной величиной теплопроводности. т. е. теплопроводность имеет единицы Вт м -1 К -1 , а тепловое сопротивление имеет единицы К м Вт -1 . Итак, как было сказано выше, теплопроводность — это способность материала проводить тепло, поэтому тепловое сопротивление — это то, насколько материал сопротивляется тепловому потоку.

Способ их измерения частично зависит от области применения. Существуют довольно дешевые (для научного оборудования) методы, которые можно использовать для измерения теплопроводности при комнатной температуре (или температуре близкой к комнатной), такие как метод оптического сканирования или метод переходного плоского источника. Однако, если ваше приложение связано с повышенными температурами (или более низкими температурами), вам необходимо использовать такой метод, как метод разделенного стержня, который становится более дорогим как с точки зрения стоимости, так и затрачиваемого времени.

Причина, по которой это необходимо, заключается в том, что теплопроводность может зависеть от температуры от умеренной до высокой, в зависимости от материала, на который вы смотрите. Я работаю в геологии, и кристаллические материалы, такие как минералы, могут иметь теплопроводность, которая уменьшается на порядок или всего на 10% при температуре от 0°C до 200-300°C. Мы измеряем не теплопроводность напрямую, а скорее температуропроводность (D), которая представляет собой скорость, с которой тепловое возмущение будет распространяться через материал.Он связан с теплопроводностью (k) уравнением k = D*rho*C P , где rho — плотность материала, а C P — количество тепла, необходимое для повышения температуры материала (единицы Дж кг -1 К, если изобарический). Мы делаем это по ряду причин, которые в некоторой степени зависят от приложения, но стандартным методом измерения температуропроводности является анализ лазерной вспышки ($$$$). Со всеми вышеперечисленными методами возникают проблемы, серьезность которых зависит от измеряемого материала и температуры материала (или приложенного давления).

Что касается повышения теплопроводности материала, то это снова зависит от материала и области применения. Я мало разбираюсь в инженерных материалах, поэтому не могу вам в этом помочь, но минералы и горные породы, как правило, обладают более высокой теплопроводностью, если в материале практически отсутствуют поры (пустоты), меньше примесей и имеют более крупные кристаллы. Минералы с простым составом и катионами с малой массой также имеют более высокую теплопроводность. Теоретически вы можете понизить температуру до нуля и увеличить теплопроводность кристаллического материала, но это может оказаться непрактичным для вашего приложения.

K-значение, U-значение, R-значение, C-значение — журнал Insulation Outlook Magazine

В большинстве случаев основным свойством теплоизоляционного материала является его способность снижать теплообмен между поверхностью и окружающей средой или между одной поверхностью и другой поверхностью. Это известно как низкое значение теплопроводности. Как правило, чем ниже теплопроводность материала, тем выше его способность изолировать при заданной толщине материала и наборе условий.

Если это действительно так просто, то почему существует так много различных терминов, таких как K-значение, U-значение, R-значение и C-значение? Вот обзор с относительно простыми определениями.

К-значение

Значение К

— это просто сокращение от теплопроводности. Стандарт ASTM C168 по терминологии определяет этот термин следующим образом:

Теплопроводность, n: временная скорость стационарного теплового потока через единицу площади однородного материала, вызванного единичным градиентом температуры в направлении, перпендикулярном этой единице площади.

Это определение на самом деле не такое сложное. Давайте рассмотрим внимательнее, фраза за фразой.

Временную скорость теплового потока можно сравнить со скоростью потока воды, например, воды, протекающей через насадку для душа со скоростью столько-то галлонов в минуту. Это количество энергии, обычно измеряемое в Соединенных Штатах в БТЕ, протекающее по поверхности за определенный период времени, обычно измеряемый в часах. Следовательно, временная скорость теплового потока выражается в единицах БТЕ в час.

Стабильное состояние просто означает, что условия устойчивы, как вода, вытекающая из насадки для душа с постоянной скоростью.

Однородный материал просто относится к одному материалу, а не к двум или трем, который имеет постоянный состав на всем протяжении. Другими словами, имеется только один тип изоляции, в отличие от одного слоя одного типа и второго слоя второго типа. Кроме того, для целей данного обсуждения через изоляцию не проходят приварные шпильки или винты или какой-либо конструкционный металл; и пробелов нет.

А как насчет через единицу площади ? Это относится к стандартной площади поперечного сечения.Для теплового потока в Соединенных Штатах в качестве единицы площади обычно используется квадратный фут. Итак, у нас есть единицы измерения в британских тепловых единицах в час на квадратный фут площади (для визуализации представьте, что вода течет со скоростью несколько галлонов в минуту, ударяясь о доску размером 1 фут x 1 фут).

Наконец, есть фраза единиц температурного градиента . Если два предмета имеют одинаковую температуру и соприкасаются друг с другом, то тепло не будет течь от одного к другому, потому что они имеют одинаковую температуру. Чтобы тепло перетекало от одного объекта к другому, где оба соприкасаются, должна быть разница температур или градиент.Как только между двумя соприкасающимися объектами возникает температурный градиент , начинает течь тепло. Если между этими двумя объектами есть теплоизоляция, тепло будет течь с меньшей скоростью.

На данный момент у нас есть скорость теплового потока на единицу площади, на градус разницы температур с единицами БТЕ в час, на квадратный фут, на градус Фаренгейта.

Теплопроводность не зависит от толщины материала. Теоретически каждый слой изоляции такой же, как и соседний слой.Ломтики должны быть стандартной толщины. В Соединенных Штатах для обозначения толщины теплоизоляции обычно используются дюймы. Таким образом, мы должны думать с точки зрения БТЕ теплового потока на дюйм толщины материала в час, на квадратный фут площади, на градус по Фаренгейту разницы температур.

После разбора определения ASTM C168 для теплопроводности у нас есть единицы БТЕ-дюйм/час на квадратный фут на градус Фаренгейта. Это то же самое, что и термин К-значение.

Значение C

Коэффициент теплопередачи — это просто сокращение для теплопроводности. Для типа теплоизоляции значение C зависит от толщины материала; K-значение обычно не зависит от толщины (есть несколько исключений, не рассматриваемых в этой статье). Как ASTM C168 определяет теплопроводность?

Проводимость, тепловая, n: временная скорость стационарного теплового потока через единицу площади материала или конструкции, вызванного единичной разностью температур между поверхностями тела.

Затем

ASTM C168 дает простое уравнение и единицы измерения. В единицах дюйм-фунт, используемых в Соединенных Штатах, эти единицы представляют собой БТЕ/час на квадратный фут на градус по Фаренгейту разницы температур.

Слова очень похожи на слова в определении теплопроводность . Чего не хватает, так это дюймовых единиц в числителе, потому что значение C для изоляционной плиты толщиной 2 дюйма вдвое меньше, чем для того же материала изоляционной плиты толщиной 1 дюйм.Чем толще изоляция, тем ниже ее C-value.

Уравнение 1: значение C = значение K / толщина

Значение R

Обычно этот термин используется для описания маркированного рейтинга эффективности строительной изоляции, которую можно купить на складе пиломатериалов. Он используется реже для механической изоляции, но все же это полезный термин для понимания. Его официальное обозначение — термическое сопротивление. Вот как это определяет ASTM C168:

.

Сопротивление, тепловое, n: величина, определяемая разностью температур в установившемся режиме между двумя определенными поверхностями материала или конструкции, которая индуцирует единичный тепловой поток через единицу площади.

Затем

ASTM C168 дает уравнение, за которым следуют типичные единицы измерения. В единицах дюйм-фунт тепловое сопротивление измеряется в градусах F, умноженных на квадратные футы площади, умноженные на часы времени на БТЕ теплового потока.

Большинство людей знают, что для данного изоляционного материала, чем он толще, тем выше значение R. Например, для определенного типа изоляционной плиты плита толщиной 2 дюйма будет иметь вдвое большее значение R, чем плита толщиной 1 дюйм.

Уравнение 2: значение R = 1 / значение C

Если значение C равно 0.5, то значение R равно 2,0. Его можно рассчитать из уравнения для значения C в уравнении 1 выше:

Уравнение 3: значение R = толщина / значение K

Таким образом, если толщина равна 1 дюйму, а значение K равно 0,25, то значение R равно 1, деленному на 0,25, или 4 (для краткости опускаем единицы измерения).

Коэффициент теплопередачи

Наконец, есть значение U, официально известное как коэффициент теплопередачи . Это скорее инженерный термин, используемый для обозначения тепловых характеристик системы, а не однородного материала.Определение ASTM C168 выглядит следующим образом:

Коэффициент пропускания, тепловой, n: передача тепла в единицу времени через единицу площади материальной конструкции и граничных воздушных пленок, вызванная единичной разницей температур между средами с каждой стороны.

Есть несколько новых терминов: граничные воздушные пленки и между средами с каждой стороны . Предыдущие определения не относились к средам.

Лучший способ проиллюстрировать коэффициент теплопередачи или коэффициент теплопередачи на примере.Рассмотрим стену типичного утепленного дома с номинальными досками 2 x 4 (фактические размеры которых составляют примерно 1-1/2 дюйма x 3-1/2 дюйма), расположенными на расстоянии 16 дюймов по центру, идущими вертикально. Можно увидеть гипсокартонную плиту толщиной 3/8 дюйма на внутренней стороне стены с пароизоляцией из пластиковой пленки, отделяющей гипсокартонную плиту от деревянных стоек. Войлок из стекловолокна может заполнять пространство шириной 3-1/2 дюйма между шипами 2 x 4. На внешней стороне стоек могут быть изоляционные плиты из полистирола толщиной 1/2 дюйма, покрытые внешней деревянной обшивкой.В этом примере не учитываются двери и окна, а также значение K и толщина пластикового листа, используемого в качестве пароизоляции.

Расчет коэффициента теплопередачи стены достаточно сложен, чтобы выйти за рамки этой статьи, но для расчета коэффициента теплопередачи должны быть известны или хотя бы оценены следующие значения: *

  • Показатель C воздушной пленки в помещении
  • K-значение гипсовой стеновой плиты толщиной 3/8 дюйма
  • Значение K для деревянных стоек шириной 3-1/2 дюйма
  • Расстояние между стойками (в данном случае 16 дюймов)
  • Коэффициент теплоизоляции из стекловолокна, а также их толщина (толщиной 3-1/2 дюйма)
  • Ширина войлока из стекловолокна (16 дюймов минус 1-1/2 дюйма толщины деревянных стоек = 14-1/2 дюйма)
  • K-значение пенополистирольных плит и их толщина (1/2 дюйма)
  • Значение К и толщина материалов деревянного сайдинга
  • C-фактор пленки наружного воздуха

Чем ниже значение U, тем ниже скорость теплового потока для данного набора условий. Хорошо изолированная система стен здания будет иметь гораздо более низкое значение коэффициента теплопередачи или теплопередачи, чем неизолированная или плохо изолированная система.

Для точного определения коэффициента теплопередачи системы механической изоляции необходимо учитывать теплопередачу через однородную изоляцию, а также через любые бреши и компенсационные зазоры с другим изоляционным материалом. Существует также наружная воздушная пленка и иногда внутренняя воздушная пленка.

В действительности многие неоднородные части обычно не учитываются.Стандартные процедуры испытаний на теплопроводность обычно рассматривают материал как однородный. В реальных условиях в жестких материалах возникают стыки, а иногда и трещины. Эти несоответствия делают значение U больше, чем если бы изоляция вела себя как однородный материал.

Понятия K-значения, C-значения, R-значения и U-значения можно обобщить в следующих правилах:

  • Чем лучше изолирована система, тем ниже ее коэффициент теплопередачи.
  • Чем выше характеристики изоляционного материала, тем выше его R-значение и ниже C-значение.
  • Чем ниже значение K конкретного изоляционного материала, тем выше его теплоизоляционная способность при определенной толщине и заданном наборе условий.

Это свойства, от которых зависят пользователи теплоизоляции в плане энергосбережения, управления технологическим процессом, защиты персонала и предотвращения образования конденсата.

* Значения для всего вышеперечисленного можно найти в Справочнике ASHRAE по основам, глава 25: «Данные о передаче тепла и водяного пара». В главах с 23 по 26 того же руководства ASHRAE также обсуждается расчет U-значения стены.

Рисунок 1

Сравнение нескольких изоляционных материалов

Рисунок 2

Связь между значением R и значением K

Рисунок 3

Теплопередача через ограждающие конструкции здания на самом деле является функцией коэффициента теплопередачи стены или крыши, а не только коэффициента сопротивления теплоизоляции.

Рисунок 4

Этот рисунок, табличка № 26 из Национальных стандартов коммерческой и промышленной изоляции Среднезападной ассоциации подрядчиков по изоляции (MICA) (1999 г.), дает представление о том, почему система изоляции не будет работать так хорошо, как можно было бы предположить, используя непрерывную однородную изоляцию.

Решетчатая теплопроводность минералов нижней мантии и поток тепла от ядра Земли

Proc Natl Acad Sci U S A. 2011 Nov 1; 108(44): 17901-17904.

Геофизика

Geethysics

Geeth M. M. Manthilake

Bayerisches GeoInstitut, Universität Bayreuth, D-95440 Bayreuth, Германия

Nico de Koker

Bayerisches GeoIinstitut, Universität Bayreuth, D-95440 Bayreuth, Германия

Dan J. Frost

Баварский геоинститут, Университет Байройта, D-95440 Байройт, Германия

Кэтрин А.McCammon

Bayerisches Geoinstitut, Universität Bayreuth, D-95440 Bayreuth, Germany

Bayerisches Geoinstitut, Universität Bayreuth, D-95440 Bayreuth, Germany

Под редакцией Mark H. Thiemens, Калифорнийский университет, и утверждено в Сентябре, Калифорния 9, 2011 (поступила на рассмотрение 30 июня 2011 г.)

Вклад авторов: GMM, NdK и DJF проектное исследование; Г.М.М. проведенное исследование; Г.М.М., Н.д.К. и К.А.М. проанализированные данные; и Г.М.М., Н.д.К., Д.Дж.Ф. и К.А.М. написал бумагу.

Бесплатно доступен в Интернете через опцию открытого доступа PNAS.

Эта статья была процитирована другими статьями в PMC.

Дополнительные материалы

Вспомогательная информация

GUID: 26C5FA2D-FDFA-412F-9AC9-081A0D35CECE

GUID: 05006D30-EE04-402F-A2AB-A6E2DF28CC52

Abstract

Количество тепла, вытекающего из ядра Земли, критически определяет термохимическую эволюцию как ядра, так и нижней мантии.Состоящий в основном из поликристаллического агрегата силикатного перовскита и ферропериклаза, тепловой пограничный слой в самом основании нижней мантии Земли регулирует поток тепла от ядра, так что теплопроводность ( k ) этих минеральных фаз регулирует количество тепла, поступающего в самые нижние слои мантии. Здесь мы сообщаем об измерениях решеточной теплопроводности чистого Al- и Fe-содержащего перовскита MgSiO 3 при 26 ГПа до 1073 К и ферропериклаза, содержащего 0, 5 и 20% Fe, при 8 и 14 ГПа. до 1273 К.Мы обнаружили, что включение этих элементов в силикатный перовскит и ферропериклаз приводит к уменьшению теплопроводности решетки примерно на 50% по сравнению с составами конечных элементов. Модель теплопроводности, основанная на наших результатах, показывает, что перидотитовая мантия будет иметь k = 9,1 ± 1,2 Вт/м K в верхней части теплового пограничного слоя и k  = 8,4 ± 1,2 Вт/м K в его основании. . Эти значения соответствуют тепловому потоку в 11,0 ± 1,4 тераватта (ТВт) от ядра Земли, диапазон значений согласуется с различными геофизическими оценками.

Ключевые слова: D», граница ядро-мантия, высокое давление планета. Как интегрированная величина, эта глобальная величина не различает отдельные вклады мантии и ядра. Знание доли поверхностного теплового потока, исходящего от ядра, имеет огромное значение для нашего понимания динамики мантии (3–5), генерации магнитного поля потоком во внешнем ядре (6, 7) и распределения радиогенные изотопы между мантией и ядром (8). По текущим оценкам тепловой поток на границе ядро-мантия (CMB) составляет около 10–30% от поверхностного значения (4), что значительно затрудняет ограничения на тепловую эволюцию ядра. Этот большой разброс значений также подразумевает заметную неопределенность в отношении количества тепла, выделяемого в нижней мантии, поскольку тепло, не исходящее из ядра, обязательно должно исходить из вышележащей мантии.

Принципиальным фактором, определяющим поток тепла от ядра, является способность теплового пограничного слоя, лежащего над границей ядро-мантия, проводить тепло.Таким образом, теплопроводность самой нижней части мантии является ключевым физическим свойством, которое необходимо ограничить, если мы хотим сузить пределы неопределенности теплового потока на границе ядра и мантии. Поликристаллическая природа агрегата нижней мантии в сочетании с присутствием второстепенных элементов, прежде всего Fe, вероятно, будет подавлять сильный радиационный вклад в теплопроводность в самой нижней части мантии (9, 10), делая перенос тепла через колебания решетки доминирующим фактором. рассматривать.

Существующие оценки решеточной теплопроводности для самого нижнего диапазона мантии между k  = 4–16 Вт/м K, основанные на экстраполяции измерений для чистых конечных фаз (MgO, MgSiO 3 , SiO 2 ) при верхнемантийные давления (11–16).Хотя было показано, что второстепенные элементы оказывают большое влияние на k в минералах верхней мантии (17), их влияние при высоком давлении в минералах нижней мантии строго не рассматривалось. Нетривиальным источником неопределенности в k самой нижней мантии являются средства экстраполяции на условия самой нижней мантии (11, 18). Недавние расчеты из первых принципов решетки k в периклазе MgO показали, что теория Дебая (уравнение 2 , см. ниже) дает превосходное представление зависимости k от плотности в простом оксиде (19–21), в то время как недавний набор экспериментальных измерений (22) показывает, что зависимость k от плотности в более сложных твердых телах может быть представлена ​​путем исключения предположения о том, что групповые скорости фононов пропорциональны температуре Дебая (13; уравнение 3 , см. ниже).

В этом исследовании мы пытаемся ограничить решеточную теплопроводность реалистичной минеральной ассоциации нижней мантии. Мы провели измерения k при высоких давлениях и температурах для следующих систем: Pure MgSiO 3 (Pv), MgSiO 3 + 3 моль. 2 мольных % Al 2 O 3 (Pv Al02 ) при 26 ГПа до 1073 К; чистый MgO (Pe), MgO + 5 мольных % FeO(Pe Fe05 ) и MgO + 20 мольных % FeO(Pe Fe20 ) при 8 и 14 ГПа, до 1273 К.Затем мы применяем эти результаты для переоценки значения k для самой нижней части мантии и предлагаем уточненное значение теплового потока на границе ядра и мантии.

Результаты

Мы обнаружили, что добавление даже небольшого количества второстепенных элементов в минеральный состав сильно снижает проводимость решетки (). Это снижение одинаково по величине для больших концентраций Fe в ферропериклазе, а также для замещения Al, а не Fe в перовските. Измеренное значение k для перовскита MgSiO 3 заметно выше, чем значения Осако и Ито, измеренные при атмосферном давлении и условиях переохлаждения (14), в то время как наши измерения для периклаза MgO несколько ниже, чем предыдущее экспериментальное определение Кацура (12) .

Измеренная решеточная теплопроводность для соответствующих рассматриваемых минеральных составов (см. Приложение SI для более подробной информации). Мы используем значения, определенные из отношения амплитуд (Θ), чтобы минимизировать вклад прямого переноса излучения. Сплошные линии указывают соответствие уравнения. 1 , используя параметры, указанные в .

Чтобы построить набор моделей зависимости проводимости решетки от давления и температуры в минералах нижней мантии, мы объединим наши термодинамические модели ( SI Приложение , Eqs. S6 S12 ) с соотношением

[1]

, в котором a допускает отклонение от теоретически ожидаемого 1/ T соотношения (23, 24), а g K / ∂ Ln ρ ) T , с

[2]

[2]

[2]

для оксидных фаз (теория Дебаев; 19, 20) и

[3]

для Perovskite Phas ( модифицированная теория Дебая, 13, 22). — производная по давлению от изотермического модуля объемного сжатия, γ — параметр Грюнайзена, аЭтот подход также позволяет нам скорректировать тот факт, что наши измерения проводятся при постоянном давлении, в то время как теоретические описания k ( T ) строго действительны при постоянном объеме. С ρ и g , ограниченными соответствующими термодинамическими моделями, мы определяем оптимальные значения k ref и a в уравнении. 1 для каждого набора измерений (). Таблица 1 1

9

П П Fe05 П FE20 Pv Pv FE03 Pv л 02
ρ REF (CM 3 / Моль) 3. 71 3.84 3.84 4,21 4,21 4,45 4.49 445
K Ref () 21.0 8,94 6,02 12,8 4,46 3,69
0,76 0,24 0,24 0,43 0,20 0,22

Мы находим, что T -зависимость для MgO несколько более плавная, чем 1/ T , а k сглаживается для более сложно структурированного перовскита MgSiO 3 , а также для образцов, содержащих Fe или Al. Такое поведение согласуется с большими значениями нижних пределов длин свободного пробега фононов в более сложно структурированных и/или неупорядоченных кристаллических решетках, и в этом случае теоретически ожидается, что a  = 1/2 (23). Отметим также, что зависимость значений k ref от плотности во всех трех рассмотренных композициях ферропериклаза согласуется с использованием уравнения 2 для оксидных систем. Теплопроводность при атмосферном давлении для MgO, определенная по нашей модели, хорошо согласуется с экспериментом, хотя и не отражает очень резкое увеличение k , наблюдаемое при комнатной температуре ().Согласие очень обнадеживает для большей экстраполяции на высокие P и T , на которых мы работаем ниже.

Теплопроводность периклаза MgO при атмосферном давлении, экстраполированная из наших измерений высокого давления с использованием уравнения. 2 и наша термодинамическая модель. Значения хорошо сопоставимы при высоких температурах с измерениями Touloukian, et al. (25) для поликристаллического MgO, хотя он несколько ниже, чем у Kanamori, et al. (26) и Кацура (12).Модель недооценивает самые низкие значения T , как и простое отношение 1/ T .

Обсуждение

Представив нижнюю мантию в виде беспорядочно ориентированного поликристаллического агрегата, состоящего из 20 % ферропериклаза и 80 % перовскита, и предполагая, что Fe разделяется преимущественно на ферропериклаз (27), мы строим k ( P , T ) модель для самой нижней мантии путем объединения наших моделей для Pe Fe20 и Pv Fe03 , приведенных в .показывает последующую усредненную модель мантии k Хашина-Штрикмана, полученную таким образом, рассчитанную по модельной геотерме (29). Наш последующий прогноз решеточной теплопроводности в самой нижней части мантии составляет 9,1 ± 1,2 Вт/м К в верхней части теплового пограничного слоя и 8,4 ± 1,2 Вт/м К в его основании, что заметно ниже соответствующих значений 18,9 ± 1,6 и 15,4 ± 1,4 Вт/м·К мы предсказываем для чистого агрегата MgO-MgSiO 3 .

Модели теплопроводности, рассчитанные на основе наших результатов с использованием усреднения Хашина-Штрикмана (28) для агрегатов 20 % Pe + 80 % Pv (вверху) и 20 % Pe Fe20  + 80 % Pv Fe03 (внизу).Мантийная геотерма построена путем объединения пиролитовой адиабаты 1600 К (29) со сверхадиабатическим повышением температуры в нижней части на 200 км через тепловой пограничный слой для достижения диапазона оценок температуры на границе ядро-мантия (30, 31). Таким образом, температура в тепловом пограничном слое увеличивается с 2600 ± 200 К в его верхней части до реликтового излучения.

В свете относительно небольших различий, наблюдаемых между перовскитом, содержащим Fe и Al, и между различными концентрациями Fe в ферропериклазе, маловероятно, что небольшое изменение ионного радиуса в результате перехода в спиновом состоянии Fe существенно влияет на проводимость решетки.Действительно, при мантийных температурах переход будет очень постепенным и скорее к промежуточному, чем к низкоспиновому состоянию (32, 33). В отличие от металлов, в диэлектрических материалах нет простой прямой связи между теплопроводностью и удельным электрическим сопротивлением (34), так что изменение последнего при комнатной температуре, связанное со спиновым переходом (35, 36), не означает соответствующего изменения k в мантии. Чтобы учесть возможные изменения в наших моделях для k из-за этих факторов, мы увеличиваем неопределенность значения k ref с 5% до 10%.

Оценочный тепловой поток, рассчитанный по нашей модели теплопроводности, составляет 11,0 ± 1,4 ТВт (), что находится в диапазоне значений, основанных на геофизических аргументах (2, 4), а также согласуется с минимальными границами теплового потока (3- 4 ТВт), требуемый геодинамическими моделями для поддержания геомагнитного поля (2). Из-за крутого температурного градиента в базальном термическом пограничном слое постперовскит будет встречаться в виде линз, окруженных перовскитом (29, 38). Используя упрощенное масштабирование, основанное на измерениях аналоговых материалов (37), мы оцениваем, что слой постперовскита увеличит тепловой поток реликтового излучения примерно на 40%.

Тепловой поток реликтового излучения как функция температурного контраста поперек D’’ для различной толщины теплового пограничного слоя, рассчитанный на основе значений нашей модели для самой нижней части мантии путем итеративной корректировки теплового профиля для устойчивого состояния. Сплошные оболочки представляют собой совокупность 20% Pe Fe20 + 80% Pv Fe03 с учетом неопределенности значений k . Штриховыми линиями показано положение этих оболочек, если силикатная составляющая теплового пограничного слоя находилась в постперовскитной (ППв) фазе при T  < 3300 К, принимая 37).Для сравнения показаны независимые значения теплового потока на границе ядра и мантии, основанные на оценках потока плавучести мантийного плюма (см. ссылку 2).

Наши результаты показывают, что латеральные неоднородности состава Fe и Al в основных минеральных ассоциациях нижней мантии сами по себе не приведут к большим вариациям теплопроводности. Однако в той мере, в какой латеральные вариации температуры и химического состава приводят к изменениям содержания минералов либо за счет изменения соотношения перовскит-ферропериклаз, либо за счет замены постперовскита перовскитом, латеральные вариации теплового потока из ядра порядка 50 % могут быть ожидаемым.

Экспериментальные методы

Измерения теплопроводности были выполнены на предварительно синтезированных поликристаллических образцах с использованием метода Ангстрема (например, ссылка 39) на установке с несколькими упорами весом 5000 тонн в Байерском геоинституте (см. Приложение SI, раздел S2). Для точного представления температурной зависимости решеточной проводимости мы используем значения температуропроводности, определенные по отношению амплитуд температурных сигналов между двумя термопарами ( SI Приложение , уравнение. S2 ), чтобы свести к минимуму побочные эффекты из-за прямого переноса излучения между термопарами. В Fe-содержащих образцах концентрации Fe +3 измеряются с помощью мессбауэровской спектроскопии (см. SI Приложение , раздел S1). Чтобы представить термодинамические свойства различных фаз в зависимости от давления и температуры, мы используем самосогласованную формулировку Ми-Грюнайзена для свободной энергии Гельмгольца (40, 41; см. SI Приложение , раздел S3).

Благодарности.

Мы благодарим С. Линхардта за техническую поддержку и двух анонимных рецензентов за их комментарии и предложения. Этот проект был финансово поддержан Программой посетителей Баварского геоинститута для GMM, а также Европейским союзом (MRTN-CT-2006-035957) и Немецким научным фондом (DFG) (KO 3958/1-1) для NdK и DJF.

Ссылки

1. Поллак Х.Н., Хертер С.Дж., Джонсон Дж.Р. Тепловой поток из недр Земли: анализ глобального массива данных. Преподобный Геофиз.1993; 31: 267–280. [Google Академия]2. Лэй Т., Хернлунд Дж., Баффет Б.А. Тепловой поток на границе ядро–мантия. Нат Геоски. 2008; 1:25–32. [Google Академия]3. Янагава ТКБ, Накада М., Юэн Д.А. Влияние решеточной теплопроводности на тепловую конвекцию с сильно зависящей от температуры вязкостью. Земля Планеты Космос. 2005; 57:15–28. [Google Академия]4. Чжун С. Ограничения на термохимическую конвекцию мантии из-за теплового потока плюма, избыточной температуры плюма и температуры верхней мантии. Дж Геофиз Рез. 2006; 111:B04409.[Google Академия]5. ван ден Берг А.П., Рейни Э.С.Г., Юэн Д.А. Комбинированное влияние переменной теплопроводности, вязкости, зависящей от температуры и давления, и связи между ядром и мантией на тепловую эволюцию. Физ Планета Земля В. 2005; 149: 259–278. [Google Академия]6. Сакураба А., Робертс П.Х. Генерация сильного магнитного поля за счет равномерного теплового потока на поверхности сердечника. Нат Геоски. 2009; 2: 802–805. [Google Академия]7. Баффет Б.А. Оценки теплового потока в глубинной мантии на основе требований к мощности для геодинамо.Geophys Res Lett. 2002; 29:1566. [Google Академия]8. Ниммо Ф., Прайс Г.Д., Бродхолт Дж., Габбинс Д. Влияние калия на эволюцию ядра и геодинамо. Геофиз J Междунар. 2004; 156: 363–376. [Google Академия]9. Гончаров АФ, Стружкин ВВ, Якобсен СД. Пониженная радиационная проводимость низкоспинового (Mg, Fe) O в нижней мантии. Наука. 2006; 312:1205–1208. [PubMed] [Google Scholar] 10. Гончаров А.Ф., Хауген Б.Д., Стружкин В. В., Бек П., Якобсен С.Д. Радиационная проводимость в нижней мантии Земли. Природа. 2008; 456: 231–234.[PubMed] [Google Scholar] 11. Гончаров А.Ф., Бек П., Стружкин В.В., Хауген Б.Д., Якобсен С.Д. Теплопроводность минералов нижней мантии. Физ Планета Земля В. 2009; 174:24–32. [Google Академия] 12. Кацура Т. Температуропроводность периклаза при высоких температурах и давлениях. Физ Планета Земля В. 1997; 101:73–77. [Google Академия] 13. Манга М., Жанло Р. Теплопроводность корунда и периклаза и последствия для нижней мантии. Дж Геофиз Рез. 1997; 102: 2999–3008. [Google Академия] 14. Осако М., Ито Э.Температуропроводность перовскита MgSiO 3 . Geophys Res Lett. 1991; 18: 239–242. [Google Академия] 15. Браун Дж. М. Интерпретация зоны D″ в основании мантии: зависимость от принятых значений теплопроводности. Geophys Res Lett. 1986; 13: 1509–1512. [Google Академия] 16. Киффер С.В. Решетчатая теплопроводность в земле и рассмотрение связи между зависимостью коэффициента температуропроводности от давления и объемной зависимостью параметра Грюнайзена. Дж Геофиз Рез.1976; 81: 3025–3030. [Google Академия] 17. Пертерманн М., Хофмайстер А.М. Температуропроводность минералов группы оливина при высокой температуре. Минерал. 2006; 91:1747–1760. [Google Академия] 19. де Кокер Н. Теплопроводность периклаза MgO при высоком давлении: последствия для области D″. Планета Земля Sc Lett. 2010; 292:392–398. [Google Академия] 20. Стэкхаус С., Стиксруд Л., Карки Б.Б. Теплопроводность периклаза (MgO) из первых принципов. Phys Rev Lett. 2010;104:208501. [PubMed] [Google Scholar] 21.Тан X, Донг Дж. Решетчатая теплопроводность MgO в условиях недр Земли. Proc Natl Acad Sci USA. 2010;107:4539–4543. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]22. Manthilake MAGM, de Koker N, Frost DJ. Теплопроводность перовскита CaGeO 3 при высоком давлении. Geophys Res Lett. 2011;38:L08301. [Google Академия] 23. Клеменс П.Г. Термическая стойкость за счет точечных дефектов при высоких температурах. Phys Rev. 1960; 119: 507–509. [Google Академия] 24. Руфосс М. С., Клеменс П.Г. Решеточная теплопроводность минералов при высоких температурах.Дж Геофиз Рез. 1974; 79: 703–705. [Google Академия] 25. Тулукиан Ю.С., Пауэлл Р.В., Хо С.И., Клеменс П.Г. Теплопроводность-неметаллические твердые тела. Том 2. Нью-Йорк: IFI/Plenum; 1972. Теплофизические свойства вещества. [Google Академия] 26. Канамори Х., Фуджи Н., Мизутани Х. Измерения температуропроводности породообразующих минералов от 300 до 1100 К. J Geophys Res. 1968; 73: 595–605. [Google Академия] 27. Синмио Р. и соавт. Распределение железа между перовскитом/постперовскитом и ферропериклазом в нижней мантии.Дж Геофиз Рез. 2008;113:B11204. [Google Академия] 28. Хашин З., Штрикман С. Вариационный подход к теории эффективной магнитной проницаемости многофазных материалов. J Appl Phys. 1962; 33: 3125–3131. [Google Академия] 29. Стиксруд Л., Литгоу-Бертеллони К. Термодинамика мантийных минералов — II фазовые равновесия. Геофиз J Междунар. 2011;184:1180–1213. [Google Академия] 30. Steinle-Neumann G, Stixrude L, Cohen RE, Gulseren O. Упругость железа при температуре внутреннего ядра Земли. Природа. 2001; 413:57–60.[PubMed] [Google Scholar] 31. Белер Р. Эксперименты при высоких давлениях и фазовая диаграмма материалов нижней мантии и ядра. Преподобный Геофиз. 2000; 38: 221–245. [Google Академия] 32. Маккаммон С. и др. Стабильное двухвалентное железо со средним спином в перовските нижней мантии. Нат Геоски. 2008; 1: 684–687. [Google Академия] 33. Лин Дж. Ф. и соавт. Среднеспиновое двухвалентное железо в постперовските и перовските самой нижней мантии. Нат Геоски. 2008; 1: 688–691. [Google Академия] 34. Эшкрофт С.В., Мермин Н.Д. Форт-Уэрт: Сондерс; 1976 год.Физика твердого тела. [Google Академия] 35. Охта К. и др. Электропроводность пиролитовой мантии и материалов MORB вплоть до самых нижних мантийных условий. Планета Земля Sc Lett. 2010; 297:497–502. [Google Академия] 36. Охта К., Хиросе К., Симидзу К., Сата Н., Охиши Ю. Измерения электрического сопротивления перовскита (Mg,Fe)SiO3 при высоких давлениях и последствия для электронного спинового перехода железа. Физ Планета Земля В. 2010; 180:154–158. [Google Академия] 37. Keawprak N, Tu R, Goto T. Термоупругость керамики CaIrO 3 , полученной искровым плазменным спеканием.J Chem Soc Япония. 2009; 117: 466–469. [Google Академия] 38. Хернлунд Дж.В., Томас С., Тэкли П.Дж. Удвоение постперовскитовой фазовой границы и строения самой нижней мантии Земли. Природа. 2005; 434: 882–886. [PubMed] [Google Scholar] 39. Fujisawa H, Fujii N, Mizutani H, Kanamori H, Akimoto S. Температуропроводность Mg 2 SiO 4 , Fe 2 SiO 4 и NaCl при высоких давлениях и температурах. Дж Геофиз Рез. 1968; 73: 4727–4733. [Google Академия]40. Ита Дж., Стиксруд Л.Петрология, упругость и состав переходной зоны мантии. Дж Геофиз Рез. 1992; 97: 6849–6866. [Google Академия] 41. Стиксруд Л., Литгоу-Бертеллони К. Термодинамика минералов мантии. Физические свойства. Геофиз J Междунар. 2005; 162: 610–632. [Google ученый] .